01 시작하기에 앞서

우리일상생활에서플라스틱을이용한제품을만나

기란어렵지않다. TV, 냉장고, 컴퓨터등의가전제품

하우징을비롯하여우리가흔히‘비닐봉지’라고부르

는각종포장재에이르기까지, 우리의실생활과아주

밀접한많은곳에서사용되고있다. 이렇게우리에게

친숙한플라스틱이지만외부에노출되어자외선과습

도변화에의하여그표면품질과물성의저하가나타

나는플라스틱의특성상한낮의강렬한햇빛과함께

때로는 눈, 비 등의 다양한 기상 변화에 노출되어야

하는 외장 용도로는 그 쓰임이 제한적일 수 밖에 없

다. 하지만 기술이 발달함에 따라 철이나 돌과 같은

재료들을가볍고상대적으로비용이저렴한플라스틱

으로대체하는경우가늘어남에따라, 외부의기상변

화에의하여일어나는플라스틱의특성변화를관찰

하고이를검증하는것에대한니즈는점점확대되고

있다.

다양한기후조건에서가장플라스틱에영향을많이

미치는 것은 광원이다. 대표적인 자연광인 태양에는

우리가흔히자외선이라부르는UV(UltraVioletray)

선이있다. 이UV는높은에너지를가지고있는데사

람에게뿐아니라플라스틱에게도피해야할대상으

로서 강한 에너지를 가진 UV가 플라스틱을 이루는

고분자사슬을파괴하면서내부구조의변화를야기,

표면품질저하를비롯하여물성을저하시킨다. 이뿐

아니라무작위적으로발생하는강우, 강설과같은급

격한습도와온도의변화역시플라스틱이본래의성

능을유지하는데있어서피해야할요소이다.

내후성평가는이처럼플라스틱에영향을미치는다

양한기후조건들에대한저항성을평가하여외부환

경에영향을받지않고안정적으로사용이가능한소

재인지(에대하여) 검증하는과정이며, 본지면에서는

다양한내후성평가방법을소개하여이에대한이해

를도모하고자한다.

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특 .집 .기 .사 .? ● ABS소재개발팀 박인혁 inhyeokpark@lgchem.com

내후성시험의이해

그림 1 | 다양한외장용플라스틱

특 .집 .기 .사 .?

02 내후성 평가의 종류와 방법

내후성평가는평가의장소와방법에따라크게두

종류로나뉜다. 장기간시편을외부환경에직접노출

시켜시편의변화를관찰하는옥외폭로시험, 외부의

환경을모사한기기에서비교적단기간에결과를얻

어낼수있는촉진내후성시험이있다. 각자의평가

방법에는장단점이존재하며지금부터세부적인사항

에대하여살펴볼것이다.

[ 옥외폭로시험 Outdoor exposure test ]

플라스틱이외부의기상변화에어떻게변화하는지

알아보는가장정확하고편리한방법은시편이나제

품을실제로평가하고자하는환경에장기간노출시

켜나타나는변화를관찰하는것이다. 시편을외부에

노출시키는기간이수년에달하며그기간동안지속

적으로물성의변화를추적하여야하는점에서비용

과시간이많이든다는단점이있지만플라스틱이실

제로사용되는외부환경에노출시켜생기는품질의

변화를측정하기때문에옥외폭로실험을통하여얻

어진결과는실사용조건에서플라스틱의물성변화

추이를 비교적 정확하게 예측이 가능하다는 점에서

이상적인시험방법이다.

옥외폭로시험을진행하기에앞서서중요하게고려

해야하는요소는시험을진행할장소의선정이다. 전

세계에걸쳐서매우다양한기후가존재하기때문에

제품이사용되는장소의기후를고려하여시험을진

행하는것이중요하다. 따라서다양한기후를가진옥

외폭로시험장소들이전세계에걸쳐분포해있는데

가장널리이용되는곳으로는미국의플로리다와애

리조나가있다. 플로리다는연중평균기온이높으며

강수량이풍부한지역으로아열대성기후를대표하는

장소이며 애리조나는 일조량이 많고 연간 강수량이

매우낮은지역이다. 또한일교차가매우큰지역으로

서고온건조한기후를대표하는곳이다. 각지역의특

징은표 1에서요약하였다.

세계유수의내후성기기제작업체들은다양한기

후에서 내후성을 측정하고자 하는 고객들의 요구에

대응하기위해세계곳곳에옥외폭로시험시설을갖

추고있다. 실사용조건과부합하는결과를얻기위해

서는 제품의 사용 조건에 따라 적절한 장소를 선정,

진행하여야할것이다.

옥외폭로시험의종류

옥외폭로시험은시편혹은제품의시험목적에따

라다양하게나뉜다. 일정한경사를가진시편대에시

험하고자하는시편을설치하여장기간방치하는시

험이 일반적이지만 제품 특성이나 확인하고자 하는

물성에따라적합한시험방법을선택하여야한다.

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그림 2 | 2005년개장한서산옥외폭로시험장

내후성시험의이해

①직접폭로시험 (Direct exposure)

알루미늄으로제작된시편대에시험하고자하는시

편혹은제품을설치하여외부환경에직접노출시키

는시험법으로서옥외폭로시험중가장널리사용되

는방법이다. 시편대의각도는다양하게선택이가능

한데일반적으로 0°(수평), 5°, 45°, 90°(수직)이널리

사용되며해당지역의위도와동일한각도도많이사

용된다. 각도에따라조사량과시편내수분체류시

간에 차이를 보이는데 위도에 근접할수록 조사량은

증가하고수평에가까워질수록시편에수분이체류하

는시간은길어진다. 본시험은자동차용외장재, 도

료, 건축용외장재등외장으로사용되는대부분의재

료에대해시험이가능한범용적인방법으로서시험

목적에따라적절한각도선정을통한시험진행이요

구된다.

②언더글래스폭로시험 (Under glass exposure)

내장용으로사용되는제품에대하여실시하는시험

방법으로서 2.5~3mm 두께의유리창아래에시편을

설치하여직접폭로에비하여적은에너지의태양광

을조사하도록하는방법이다. 시험에사용되는유리

창은자연광의 85% 이상을차단할수있으며 310nm

이하의UV를77% 이상차단할수있다.

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그림 3 | Phoenix에위치한 Atlas사의옥외폭로시험센터

그림 4 | Dupont사의직접폭로시험

표 1 | 대표적인옥외폭로시험장소의기후

지역 위도고도 평균기온 평균습도 강수량 조사량

(m) (℃) (%) (mm) (MJ/m2)

Arizona 25°33′N 4 24 70 1,420 6,588

Florida 33°23′N 322 21 25 186 8,004

특 .집 .기 .사 .?

③블랙박스폭로시험

고온의환경에서일어나는제품의변화를관찰하고

자하는목적으로사용되며검은색의금속상자윗부

분에시편을설치한후나머지부분은검은색의금속

판으로채워온도상승을최대화한다. UV와함께온

도상승에의해서나타나는물성의변화를보고자할

때사용할수있다.

④태양광추적폭로시험

일광시간동안시편이태양광을수직으로받을수

있도록고안된장치로태양을추적하는시험방법이

다. 장치에 따라 일반적인 직접 폭로 방법에 비하여

300~500% 이상의조사량을확보할수있으며다른

옥외폭로시험에비하여훨씬빠른시간에결과를확

인할수있다는것이장점이다.

[ 촉진내후성시험 Accelerated weathering test ]

옥외 폭로 시험은 실사용 조건과 유사한 조건에서

제품의내후성을확인할수있다는점에서이상적인

방법이지만적합한장소를물색하는과정에서부터내

후성시험결과를얻기까지비용과시간이많이필요

하다. 따라서원하는환경을모사하여단기간에결과

를얻어내는시험방법이사용되기도한다. 이를촉진

내후성 시험 - 실제 기후를 인위적으로 모사한다는

점에서실험실내후성시험(Laboratory weathering

test)으로불리기도하지만본지면에서는촉진내후

성시험으로통일하도록한다 - 이라고하며자동차

업계의경우외장용으로사용되는소재에대한자체

적인촉진내후성시험규격이존재하며이에따라모

든제품들은엄격하게관리된다.

촉진내후성시험의장점은원하는기후조건을자

유롭게모사할수있다는것이다. 광원의종류와필터

조합을 통하여 광량뿐만 아니라 광원의 스펙트럼을

자유롭게조절할수있으며습도및온도역시원하는

조건으로조절이가능하다. 이를통하여원하는조건

에만족하는장소의물색필요없이단순한조건의변

경을통하여간편하게실험을진행할수있다.

변경가능한조건이다양하기때문에동일한조건에

서제품의성능을비교하기위해서는시험조건을규

격화하여통일하는것이중요하다. 미리서술한바와

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그림 5 | Q-Lab사의언더글래스폭로시험

그림 6 | Q-Lab사의추적시험기 Q-Trac

내후성시험의이해

같이업체마다내후성을평가하기위한각자의촉진

내후성시험규격을보유하고있는데아래와같은조

건들을 규격으로 고정하여 동일한 조건에서 제품의

성능을비교할수있도록하고있다.

표 2는실제사용되는촉진내후성시험규격의시

험방법일부를발췌한것이다. 표와같이각단계마

다조사및분무여부, 조사되는광원의광량, 이를통

해조절되는온도와습도를규정하고있으며추가적

으로광원의종류및필터의종류에대해서도규정하

고있다. 촉진내후성시험에있어서가장중요한것

이올바른광원과필터의사용이다. 원하는시험결과

를얻기위해서는사용되는다양한종류의광원과필

터에대한올바른이해가선행되어야한다. 따라서광

원과필터에대하여알아볼필요가있다.

1. 광원

촉진 내후성 시험에 사용되는 광원의 종류는 매우

다양하며각광원들은서로다른스펙트럼을가지고

있다. 동일한시편에다른종류의광원을이용하여진

행되는촉진내후성시험은서로다른거동을나타낼

수 있다. 널리 사용되는 광원은 카본 아크(Carbon

arc), 제논 아크(Xenon arc), 형광 UV 램프

(Fluorescent UV lamp), 메탈 램프(Metal halide),

실내 액티닉(Indoor actinic), 수은 램프(Mercury

lamp) 등 6종이며그중에서도카본아크와제논아

크등이가장널리사용된다.

2. 필터

하나의 광원 내에서도 필터의 조합을 이용하여 그

특성을변화시킬수있다. 필터마다흡수하고투과시

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표 2 | 촉진내후성시험방법의예(부분발췌)

단계시간

조사, 분무광량(340nm) 패널온도 챔버온도 상대습도

(min) (W/m2) (℃) (℃) (%)

1 240 암흑, 분무 - - 40 95

2 30 조사 0.4 50 42 50

3 270 조사 0.8 70 50 50

4 30 조사 0.4 50 42 50

Atlas사의 Ci4000 Q-Lab사의 QUV

그림 7 | 대표적인내후성기기

특 .집 .기 .사 .?

키는광원의파장대가다르기때문에다양한필터들

을조합하여원하는스펙트럼을가진광원을만들수

있다.

표 3은 Atlas사에서제공하는제논아크촉진내후

성시험기의필터조합의예이다. 동일한광원내에서

도다양한필터의조합을통하여원하는상황에적합

한 스펙트럼을 만들 수 있고, 대다수의 내후성 기기

제작업체들은필터의개발도병행하고있고고객이

상황에맞게필터를조합할수있도록가이드도제공

하고있다.

실험실에서진행하는내후성시험의장점은원하는

기후를 자유자재로 조절 가능하다는 것이다. 하지만

태풍, 황사, 산성비와같은특이기상상황의재현이

어려우며, 현실을 100% 모사하는것은불가능한일이

므로옥외폭로시험이나실사용조건에서의경향에

완벽히일치하는결과를얻기힘들다는점을인지해

야 한다. 이에 대해서 많은 내후성 기기 업체들이나

플라스틱제조업체들은옥외폭로시험과촉진내후

성시험결과간의상관관계를찾기위해서많은연

구를 하고 있으며, 더 나은 재현성을 확보하기 위해

노력하고있다.

03 결론

플라스틱의활용범위가외장으로점점확대됨에따

라내후성의검증을통한안정적인신뢰성확보가필

수적이다. 내후성시험방법에대한올바른이해가선

행된다면다양한플라스틱중에서도사용목적에적

합한외장재용플라스틱을물색하고적용하는데도움

이될것이다.

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표 3 | 필터조합의예

필터시험조건

이너필터 아우터필터

Type S Borosilicate Type S Borosilicate 가장일반적인시험조건

Type S Borosilicate Soda Lime 유리창을덧댄촉진시험의가장일반적인조건

Quartz Type S Borosilicate태양광의 UV 대비단파장및해당파장대의

더높은광량이필요한시험에서사용

그림 8 | 광원의종류에따라다른스펙트럼

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

250 400375350325300275

Irrad

ianc

e(W

/m2 /n

m)

Wavelength(nm)

Sunlight UVA-340 UVB-313